Beyond Biology: Vytváranie dynamických syntetických buniek s programovateľnou DNA

Beyond Biology: Vytváranie dynamických syntetických buniek s programovateľnou DNA

V novej štúdii publikovanej vPrírodná chémia, výskumníčka UNC-Chapel Hill Ronit Freeman a jej kolegovia opisujú kroky, ktoré podnikli na manipuláciu s DNA a proteínmi -; základné stavebné kamene života -; vytvárať bunky, ktoré vyzerajú a správajú sa ako bunky tela. Tento úspech je prvým v tejto oblasti a má dôsledky pre úsilie v regeneratívnej medicíne, systémoch podávania liekov a diagnostických nástrojoch.

"S týmto objavom si môžeme predstaviť konštrukciu materiálov alebo tkanív, ktoré sú citlivé na zmeny vo svojom prostredí a môžu sa správať dynamicky," hovorí Freeman, ktorého laboratórium je na Katedre aplikovaných fyzikálnych vied na UNC College of Arts and Sciences.

Bunky a tkanivá sú tvorené proteínmi, ktoré sa spájajú, aby vykonávali úlohy a vytvárali štruktúry. Proteíny sú nevyhnutné na vytvorenie štruktúry bunky, nazývanej cytoskelet. Bez nich by bunky nemohli fungovať. Cytoskelet umožňuje bunkám, aby boli flexibilné, a to ako v ich tvare, tak v ich reakcii na ich prostredie.

Bez použitia prírodných proteínov vybudovalo Freeman Lab bunky s funkčnými cytoskeletmi, ktoré môžu meniť tvar a reagovať na svoje prostredie. Použili na to novú programovateľnú technológiu peptid-DNA, ktorá spôsobuje, že peptidy, stavebné kamene proteínov, a prerobený genetický materiál spolupracujú pri vytváraní cytoskeletu.

DNA sa normálne nenachádza v cytoskelete. Preprogramovali sme sekvencie DNA tak, aby fungovali ako architektonický materiál a spájali peptidy dohromady. Akonáhle bol tento naprogramovaný materiál umiestnený do kvapky vody, štruktúry sa začali formovať.

Ronit Freeman, výskumník, UNC-Chapel Hill

Schopnosť naprogramovať DNA týmto spôsobom znamená, že vedci dokážu vytvoriť bunky, ktoré vykonávajú špecifické funkcie a dokonca doladiť reakciu bunky na vonkajšie stresory. Zatiaľ čo živé bunky sú zložitejšie ako syntetické bunky vytvorené laboratóriom Freeman Lab, sú tiež nepredvídateľnejšie a náchylnejšie na drsné prostredie, ako sú extrémne teploty.

"Syntetické bunky boli stabilné aj pri 122 stupňoch Fahrenheita, čo otváralo možnosť produkovať bunky s mimoriadnymi schopnosťami v prostrediach, ktoré sú normálne nevhodné pre ľudský život," hovorí Freeman.

Namiesto vytvárania materiálov navrhnutých tak, aby vydržali, Freeman hovorí, že jej materiály sú prispôsobené účelu -; Vykonajte konkrétnu funkciu a potom sa zmeňte, aby ste vykonali novú funkciu. Ich aplikácia môže byť prispôsobená pridaním rôznych návrhov peptidov alebo DNA na programovanie buniek v materiáloch, ako sú tkaniny alebo tkanivá. Tieto nové materiály možno integrovať do iných technológií syntetických buniek, všetky s potenciálnymi aplikáciami, ktoré by mohli spôsobiť revolúciu v oblastiach, ako sú biotechnológie a medicína.

„Tento výskum nám pomáha pochopiť, čo tvorí život,“ hovorí Freeman. "Táto technológia syntetických buniek nám umožní nielen reprodukovať to, čo robí príroda, ale aj vytvárať materiály, ktoré prevyšujú biológiu."

Zdroje: